一种聚氨酯微胶囊包封相变材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于相变材料微胶囊制备技术领域，涉及一种聚氨酯微胶囊包封相变材料，本发明还涉及一种聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]相变材料微胶囊就是应用微胶囊技术在相变材料微粒表面包封一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的复合相变材料。相变材料的微胶囊化技术成功解决了相变材料在使用中的相分离、泄漏以及腐蚀性等问题，给相变材料的应用带来很多便利。将相变材料做成微胶囊，可方便地应用到建筑节能、纺织纤维、服饰、泡沫塑料、涂层和复合材料等领域用作温度控制介质。
[0003]微胶囊相变材料作为一种核/壳结构的有机功能材料，其囊壁厚度只有几到数十纳米，耐热稳定性、化学稳定性和尺寸稳定性与无机功能材料相差甚远，表现在使用过程中相变材料从囊壁中容易逸出、汽化、氧化分解，或在高温条件下囊壁变形、破裂，从而使微胶囊中相变材料含量降低。
[0004]胶囊壁为聚脲或聚氨酯的微胶囊通常是由两种反应性单体通过界面加成聚合反应制备的。为此，首先将不溶于水的芯材物质和油溶性反应单体多异氰酸酯在包含乳化剂的水溶液中乳化分散，然后再向该乳液体系中加入多元胺或多元醇等水溶性的反应单体，这时便在乳化液滴和水相之间的界面上开始了氨基或羟基与多元异氰酸酯基团的加聚反应。这样就使得油滴被聚脲或聚氨酯囊壁包封起来。这样便生成了包含特定芯材物质的微胶囊分散体。
[0005]可以使用的多异氰酸酯通常是具有脂肪或芳香结构的二元异氰酸酯，可以使用的多胺通常是脂肪族二元胺，可以使用的多元醇通常是脂肪族二元醇。然而，采用这种二元异氰酸酯和二元胺或二元醇反应形成的聚脲或聚氨酯囊壁始终为线性结构，囊壁外壳具有较高的渗漏性，显然这种囊壁对于相变材料的包封是不利的。因为包封相变材料的微胶囊囊壁应具有优良的致密性，才能避免由于芯材的泄漏而给控温效果和使用过程造成不良影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的提供一种聚氨酯微胶囊包封相变材料，解决了现有技术中的微胶囊壳体致密性及热稳定性不好，制备价格高昂，使用寿命差的问题。
[0007]本发明所采用的技术方案是，一种聚氨酯微胶囊包封相变材料，包括囊芯材料和包封在其外部的囊壁两部分，囊壁为多元异氰酸酯与多元醇类化合物反应形成的聚氨酯树月旨，优选的，囊壁为通过二元异氰酸酯与含有三个官能度的多元醇类化合物聚合而形成的具有三元网状结构的聚氨酯树脂；其中，囊芯材料为低熔点的脂肪酸、脂肪酸酯类极性化合物；
[0008]其中，多元醇类化合物为含有三个及以上羟基的多元醇，优选的为含有三个羟基的丙三醇或三羟甲基丙烷。
[0009]本发明的另一目的是提供一种制备上述聚氨酯微胶囊包封相变材料的方法，该相变材料的壁材具有很高的热稳定性和致密性。这种微胶囊相变材料可以在许多领域用于温度控制介质。
[0010]本发明的另一技术方案是，一种聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0011]步骤1，配制第一溶液，将囊芯组分与多异氰酸酯单体混合均匀形成第一溶液；
[0012]步骤2，制备第一溶液的微滴分散体；
[0013]步骤3，单体聚合形成微胶囊，得到聚氨酯囊壁包封相变材料的微胶囊。
[0014]本发明的特点还在于，
[0015]步骤1具体为:
[0016]步骤1.1，称取囊芯组分和多异氰酸酯，其中，多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.1 ?0.6:1 ;
[0017]步骤1.2，将步骤1.1称取的囊芯组分和多异氰酸酯在高于囊芯组分熔点温度10?15°C的条件下进行混合，得到混合均匀的第一溶液。
[0018]囊芯组分为低熔点的脂肪酸、脂肪酸酯类极性化合物；多异氰酸酯可以是芳香族二元异氰酸酯、芳香族三元异氰酸酯，也可以是它们的二聚体或三聚体。
[0019]囊芯组分优选为十四酸甲酯、棕榈酸乙酯、硬脂酸丁酯中的一种，所述多异氰酸酯优选的为异佛尔酮二异氰酸酯和4，4’ - 二苯基甲烷二异氰酸酯。
[0020]步骤2具体为:
[0021]步骤2.1:量取与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液，非反应介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成，蒸馏水的质量为囊芯材料质量的5?10倍，优选为7?8倍。
[0022]步骤2.2:将步骤2.1称取的非反应性介质溶液与第一溶液混合，并在高速剪切乳化机上进行乳化，搅拌转速为3000?15000转/分钟，乳化时间为5?15分钟，乳化过程中的温度比囊芯组分的熔点高5?10°C，得到第一溶液的微滴分散体。
[0023]乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或它们中两种的任意比例混合物。
[0024]乳化剂优选为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐，用量优选为，乳化剂与囊芯组分的质量比为0.04?0.1:1。
[0025]步骤3具体为:
[0026]步骤3.1:在400?800转/分钟的搅拌转速下，向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加水溶性反应单体，即多元醇类化合物的蒸馏水溶液，使其与多异氰酸酯反应形成微胶囊囊壁，多元醇类化合物的滴加时间控制在20?40分钟，滴加完毕后保温反应30分钟。其中，多元醇类化合物与多异氰酸酯的摩尔比为1?2:1 ;蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为2?10:1，优选为5:1。
[0027]步骤3.2，将步骤3.1的反应浴升温至60?80°C，继续反应3?8小时。降温，出料。
[0028]多元醇类化合物是含有三个及以上羟基的多元醇，优选的为含有三个羟基的丙三醇或三羟甲基丙烷。
[0029]本发明的有益效果是，本发明一种聚氨酯微胶囊包封相变材料及其制备方法，其优点在于，采用一种含有三官能度的多元醇与二元异氰酸酯反应制备一种具有三元网状结构囊壁的微胶囊。从而使所制备微胶囊的壳体更加坚固致密，能够更好地起到保护芯材的作用，从而使所制备微胶囊的稳定性和致密性大大提高；本发明可以解决界面聚合法制备的微胶囊相变材料致密性和热稳定性较差的问题，所制备的微胶囊克服了固液相变材料在反复使用过程中易出现的相变材料泄漏等问题，同时制备的微胶囊不含甲醛等有害成分，价格低廉，制备工艺简单，性能稳定，壳体坚固致密，使用寿命长。
【附图说明】
[0030]图1是利用本发明的方法，以极性化合物硬脂酸丁酯为芯材所制备的聚氨酯微胶囊包封相变材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0032]—种聚氨酯微胶囊包封相变材料，包括囊芯材料和包裹在其外部的囊壁两部分，囊壁为多元异氰酸酯与多元醇类化合物反应形成的聚氨酯树脂，优选的，囊壁为通过二元异氰酸酯与含有三个官能度的多元醇类化合物聚合而形成的具有三元网状结构的聚氨酯树脂；
[0033]其中，囊芯材料为低熔点的脂肪酸、脂肪酸酯类极性化合物；
[0034]其中，多元醇类化合物为含有三个及以上羟基的多元醇，优选的为含有三个羟基的丙三醇或三羟甲基丙烷。
[0035]囊壁的形成是通过界面聚合的方法达到的，这种网状结构的囊壁具有良好地致密性，可以对囊芯物质起到很好的保护作用。
[0036]—种聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0037]步骤1，配制第一溶